Molecular Biological Basis of the Brainstem Reticularis and Giant Neurons that Underlie Consciousness

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K19431
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 51:Brain sciences and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Yagi Takeshi 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 教授 (10241241)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 脳幹網様体 / 巨大神経網様核細胞 / 意識 / 覚醒 / 光遺伝学 / シングルセル解析 / 神経回路

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed an innovative technique to analyze and manipulate the giant reticular nucleus (NRG) cells in the brainstem reticular formation, and approached the mechanisms that control consciousness and voluntary movements at the individual level. As a result, we succeeded in visualizing both glutamatergic and GABAergic NRG cells in the brainstem reticular formation, analyzed their distribution in the transparent whole brain in 3D, and analyzed gene expression profiles and electrophysiological characteristics at the single cell level. We also succeeded in laying an experimental foundation for analyzing the distribution of neural projections of brainstem reticular NRG cells and analyzing their functions at the individual level using optogenetics.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、これまで覚醒・意識制御における重要性が報告されていながら、その詳細な分類や解析が行われていなかった脳幹網様体に存在する巨大神経網様核（NRG）細胞を解析・操作する技術の開発を行い、意識・覚醒経路の起点となる脳部位や神経細胞を明らかにする学術的意義をもつ。意識や覚醒など個体レベルで統合的に働く脳機能制御メカニズムへのアプローチとなるものであり、覚醒・意識・随意運動形成機序の解明につながることだけでなく、ヒトの植物状態患者の蘇生法開発や精神神経疾患・運動制御疾患に対するこれまでにない新しい基盤となり、生命科学・医学の分野のみならず社会的意義の高い研究分野に発展することが期待できる。